JP4497361B2 - 給紙搬送用ロール - Google Patents
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Description
本発明は、複写機、ファクシミリ、各種プリンター等の各種ＯＡ機器等の各種給紙または搬送ロールに用いられる給紙搬送用ロールに関する。
従来、各種ＯＡ機器の給紙・搬送用のロールは、搬送力が大きく、耐磨耗性に優れることが求められている。このような理由から、従来よりＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンゴム）が、機械的強度に優れ、高い摩擦係数を有するロールの素材として用いられている。
しかしながら、近年のＯＡ機器の長寿命化、高速化に伴い、ＥＰＤＭでは満足な耐磨耗性が得られないという問題がある。
一方、耐磨耗性の面で優れるウレタン素材が給紙搬送用ロールの素材として検討されている。
しかしながら、低硬度のものが困難であるため、給紙性能に劣るという問題がある。すなわち、注型ウレタンではＪＩＳ Ａタイプデュロメータで５０°が低硬度の限界であり、これより低硬度にすると、耐久性の面で使用することができない。
また、ミラブル型ウレタンとしては、耐加水分解性に優れ且つ機械的特性も良好なε−カプロラクトン系のポリウレタンを用いた給紙ロールを開発した（特許文献１参照）。しかしながら、低硬度化すると、耐磨耗性が低下してしまい、実用化できるものはないのが現状である。
給紙搬送用ロール、特に、給紙部に用いられる給紙ロールの用途では、給紙性能を得るために、低硬度且つ高反発弾性である必要があり、この上で、耐久性が要求される。
本発明は、上述した事情に鑑み、ポリウレタン材質で、低硬度で良好な給紙性能を有し、且つ耐磨耗性に優れ、近年の高速、高耐久の要求に対応できる給紙搬送用ロールを提供することを課題とする。
前記課題を解決する本発明の第１の態様は、数平均分子量１０００〜３０００のポリエステルポリオールとポリイソシアネートとを反応させて得られる注型ポリウレタンからなる弾性層を有する給紙搬送用ロールであって、前記ポリエステルポリオール及びポリイソシアネートと共に可塑剤としてアジピン酸エステル誘導体と、鎖延長剤として分子量７０〜１２０の短鎖ジオール、及び架橋剤として数平均分子量３０００〜５０００のトリオールとを含有してなることを特徴とする給紙搬送用ロールにある。
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記ポリエステルポリオールが、ノナンジオール及びメチルオクタンジオールから選択される少なくとも一種と、二塩基酸との縮合反応により得られたジオールであることを特徴とする給紙搬送用ロールにある。
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様おいて、前記アジピン酸エステル誘導体は、分子中にエーテル構造を有することを特徴とする給紙搬送用ロールにある。
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記アジピン酸エステル誘導体は、前記ポリエステルポリオール１００重量部に対して、５〜４０重量部配合されていることを特徴とする給紙搬送用ロールにある。
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記トリオールは、分子中にエーテル構造を有することを特徴とする給紙搬送用ロールにある。
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記弾性層のゴム硬度Ｈｓ（ＪＩＳ Ａタイプ）は、２０〜５０°であることを特徴とする給紙搬送用ロールにある。
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、摩擦係数測定時における出力波形の最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎとの比であるＭａｘ／Ｍｉｎが、１．００〜１．２０の範囲にあることを特徴とする給紙搬送用ロールにある。
本発明によれば、低硬度で給紙性能に優れたものあり、且つ耐磨耗性に優れ、高速、高耐久の要求に対応した給紙搬送用ロールを提供することができる。
本発明の給紙搬送用ロールは、注型タイプのウレタン素材の長鎖ポリオールとして、数平均分子量１０００〜３０００のポリエステルポリオールを用い、且つ注型タイプではあるが、可塑剤としてアジピン酸エステル誘導体を用いると共に、鎖延長剤として分子量７０〜１２０の短鎖ジオール、及び架橋剤として数平均分子量３０００〜５０００のトリオールを用いた弾性層を有するものである。
ここで、ポリエステルポリオールは、上述した範囲の数平均分子量を有するものである。これ以上高分子量だと十分な耐磨耗性が得られず、これより低分子量だと給紙搬送用ロールとして必要な低硬度が得られないからである。
また、このポリエステルポリオールは、好ましくは、ノナンジオール及びメチルオクタンジオールから選択される少なくとも一種と、二塩基酸との縮合反応により得られたジオールである。ここで、ノナンジオールは、好ましくは、１，９−ノナンジオールであり、メチルオクタンジオールは、２−メチル−１，８−オクタンジオールを用いるのが望ましい。また、二塩基酸は、例えば、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸などから選択される。本発明では、このようなポリエステル系ジオールを用いることにより、優れた耐磨耗性を維持することができる。
また、本発明で用いるポリイソシアネートは、例えば、芳香族系のポリイソシアネート、例えば、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、３，３−ジメチルジフェニル−４，４’−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）などを用いるのが好ましい。これは、機械的強度および圧縮永久ひずみを向上させるためであるが、特に、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を用いるのが好ましい。
本発明では、可塑剤としてアジピン酸エステル誘導体を含有する。注型タイプのウレタンでは、ジ−（２−エチルヘキシル）フタレートやジオクチルフタレートなどの一般的な可塑剤を含有させると、ブリードが起きて給紙搬送用ロールとして適さないものになるが、本発明では、分子中にエーテル構造を有するトリオールを架橋剤として用いるとともに、アジピン酸エステル誘導体を可塑剤として用いることにより、ブリードを確実に防止し、低硬度化を図ることができる。
ここで、アジピン酸エステル誘導体は、ポリエステルポリオール１００重量部に対して、５〜４０重量部配合するのが好ましい。これより少ないと低硬度化に大きく寄与できず、一方、これより多量に配合するとブリードし易い傾向となるためである。
本発明で可塑剤として用いることができるアジピン酸エステル誘導体としては、例えば、ジブトキシエチル・アジペート、ジ−（ブトキシ・エトキシ・エチル）アジペートなどの、エーテル結合を有するアルコールのアジピン酸エステルであり、市販品としては、ＲＳ１０７（旭電化社製）、モノサイザーＷ−２６０（大日本インキ化学製）、Ｐｌａｓｔｈａｌｌ２０３（三洋貿易）などを挙げることができる。
また、本発明では、架橋剤として、分子中にエーテル構造を有する数平均分子量３０００〜５０００のトリオールとを含有する。本発明で用いる弾性層を構成するポリウレタンは、このような高分子量のトリオールを用いて架橋されているので、低硬度なものとなり、ＪＩＳ Ａタイプで５０°以下を実現できる。
なお、本発明では、架橋剤として上述したような高分子量のトリオールを用いるものであるが、本発明の作用効果を維持する範囲で、低分子量のトリオール、例えば、トリメチロールエタンやトリメチロールプロパンなどを併用してもよい。
本発明で鎖延長剤として用いることができる短鎖ジオールとしては１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、ジエチレングリコールなどを挙げることができる。
本発明の弾性層は、以上説明した材料を反応させて注型したものであり、その製造プロセスは特に限定されず、例えば、ワンショット法でもプレポリマー法でもよい。なお、架橋条件も特に限定されるものではなく、一般的な条件を採用すればよい。
本発明の弾性層は、上述したような材料を用いて注型したポリエステルポリウレタンからなるので、ゴム硬度Ｈｓ（ＪＩＳ Ａタイプ）は、２０〜５０°という低硬度を実現できる。
また、本発明の給紙搬送用ロールは、優れた耐磨耗性を有しており、後述するように、高荷重下における加速耐久試験後の外径変化率が、１％以下、好ましくは、０．５％以下が実現できる。
さらに、本発明の給紙搬送用ロールは、このように低硬度と低磨耗を実現すると共に、給紙搬送力が安定しており、用紙移動量の実測値が、理論値と極めて近く、外径２４ｍｍで肉厚４ｍｍ、幅２４ｍｍの弾性層を有するロールとし、３０ｍｍ×２１０ｍｍの普通紙（６４ｇ／ｃｍ２）に１００ｇｆで圧接した状態で１００ｒｐｍで回転したときの当該ロール１回転当たりの実際の用紙移動量である用紙移動量実測値（Ｄｍ）と、ロール外径（ｍｍ）×π（３．１４）で表される用紙移動量理論値（Ｄｔ）との比Ｆｒ（Ｄｍ／Ｄｔ）が、０．８〜１．０の範囲である給紙搬送用ロールが実現できる。
また、本発明の給紙搬送用ロールは、摩擦係数測定時における出力波形の最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎとの比であるＭａｘ／Ｍｉｎが、１．００〜１．２０の範囲にあるのが好ましい。摩擦係数測定時における出力波形の最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎとの比であるＭａｘ／Ｍｉｎを１．００〜１．２０の範囲にあるようにすることにより、給紙搬送時の異音発生が防止されるという効果を奏する。
ここで、Ｍａｘ／Ｍｉｎは、摩擦係数測定時、すなわち、一般的には紙、その他の材質の媒体を発泡部材に接触させた状態からロードセルなどで負荷を測定しながら引っ張って測定するが、そのときの出力の変化の最大値をＭａｘ、最小値をＭｉｎとしたときの比である。出力の種類は問わず、電流であっても、電圧であってもよく、負荷を直接グラム重などで測定した場合であってもよい。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
（実施例１）
数平均分子量２０００のポリエステルポリオール（１，９−ノナンジオール（ＮＤ）と２−メチル−１，８−オクタンジオール（ＭＯＤ）との混合物（ＮＤ：ＭＯＤ＝７：３）とアジピン酸との脱水縮合反応のより得られたもの）１００重量部に対し、可塑剤ＲＳ１０７（旭電化社製）を１５重量部を添加し、さらに、ＭＤＩ、鎖延長剤として１，３プロパンジオール、及び架橋剤としてトリオールＰ−３４０３（ダイセル化学社製；数平均分子量４０００）を加えて、７０℃で３分攪拌し、その後、１２０℃の金型に注型し、外径２４ｍｍで肉厚４ｍｍ、幅２４ｍｍの弾性層を芯金の周囲に有する給紙搬送用ロール及び試験片を得た。
数平均分子量２０００のポリエステルポリオール（１，９−ノナンジオール（ＮＤ）と２−メチル−１，８−オクタンジオール（ＭＯＤ）との混合物（ＮＤ：ＭＯＤ＝７：３）とアジピン酸との脱水縮合反応のより得られたもの）１００重量部に対し、可塑剤ＲＳ１０７（旭電化社製）を１５重量部を添加し、さらに、ＭＤＩ、鎖延長剤として１，３プロパンジオール、及び架橋剤としてトリオールＰ−３４０３（ダイセル化学社製；数平均分子量４０００）を加えて、７０℃で３分攪拌し、その後、１２０℃の金型に注型し、外径２４ｍｍで肉厚４ｍｍ、幅２４ｍｍの弾性層を芯金の周囲に有する給紙搬送用ロール及び試験片を得た。
（比較例１）
長鎖ポリオールとして、数平均分子量が２０００のＰＴＭＧ（ポリテトラメチレンエーテルグリコール）を用いた以外は実施例１と同様にして給紙搬送用ロール及び試験片を得た。
長鎖ポリオールとして、数平均分子量が２０００のＰＴＭＧ（ポリテトラメチレンエーテルグリコール）を用いた以外は実施例１と同様にして給紙搬送用ロール及び試験片を得た。
（比較例２）
可塑剤を用いない以外は実施例１と同様にして給紙搬送用ロール及び試験片を得た。
可塑剤を用いない以外は実施例１と同様にして給紙搬送用ロール及び試験片を得た。
（比較例３）
トリオールを、数平均分子量１２００のＰＬＣ３１２（ダイセル化学工業社製）に変更した以外は実施例１と同様にして給紙搬送用ロール及び試験片を得た。
トリオールを、数平均分子量１２００のＰＬＣ３１２（ダイセル化学工業社製）に変更した以外は実施例１と同様にして給紙搬送用ロール及び試験片を得た。
（比較例４）
硬度３５℃のＥＰＤＭ材質からなるロールを比較例４の給紙搬送用ロール及び試験片とした。
硬度３５℃のＥＰＤＭ材質からなるロールを比較例４の給紙搬送用ロール及び試験片とした。
（比較例５）
ε−カプロラクトンおよびＭＤＩを反応させてなるミラブルウレタン１００重量部に、可塑剤としてジ−（２−エチルヘキシル）フタレート３０重量部、補強剤としてホワイトカーボン１０重量部を添加し、さらに過酸化物（ジクミルヘルオキシド）およびトリアリルイソシアヌレートを添加して混練りし、１５０℃で２０分間の条件でプレス成形して給紙搬送用ロールを及び試験片得た。
ε−カプロラクトンおよびＭＤＩを反応させてなるミラブルウレタン１００重量部に、可塑剤としてジ−（２−エチルヘキシル）フタレート３０重量部、補強剤としてホワイトカーボン１０重量部を添加し、さらに過酸化物（ジクミルヘルオキシド）およびトリアリルイソシアヌレートを添加して混練りし、１５０℃で２０分間の条件でプレス成形して給紙搬送用ロールを及び試験片得た。
（比較例６）
可塑剤をジ−（２−エチルヘキシル）フタレートに変更した以外は実施例１と同様にして給紙搬送用ロールを及び試験片得た。
可塑剤をジ−（２−エチルヘキシル）フタレートに変更した以外は実施例１と同様にして給紙搬送用ロールを及び試験片得た。
（試験例１）
各実施例及び比較例のテストサンプルについて、ＪＩＳ Ｋ６２５３のゴム硬度Ｈｓ（タイプＡデュロメータ）をそれぞれ測定した。また、目視にてロール表面のブリードを観察した。この結果を表１に示す。
各実施例及び比較例のテストサンプルについて、ＪＩＳ Ｋ６２５３のゴム硬度Ｈｓ（タイプＡデュロメータ）をそれぞれ測定した。また、目視にてロール表面のブリードを観察した。この結果を表１に示す。
（試験例２） 外径変化率
外径変化率は、図１に示す耐久試験機により行った。この耐久試験機は、給紙搬送用ロール１に相対向してフリーロール２を配置し、フリーロール２を５００ｇｆの圧接荷重で圧接した状態でロール紙３から普通紙（６４ｇ／ｍ２）を２０ｍｍ／ｍｉｎで給紙するものであり、給紙搬送用ロール１を４００ｒｐｍで２５０００回転させた後の外径を測定し、試験前の外径からの変化率を測定した。この結果を表１及び図２に示す。
外径変化率は、図１に示す耐久試験機により行った。この耐久試験機は、給紙搬送用ロール１に相対向してフリーロール２を配置し、フリーロール２を５００ｇｆの圧接荷重で圧接した状態でロール紙３から普通紙（６４ｇ／ｍ２）を２０ｍｍ／ｍｉｎで給紙するものであり、給紙搬送用ロール１を４００ｒｐｍで２５０００回転させた後の外径を測定し、試験前の外径からの変化率を測定した。この結果を表１及び図２に示す。
（試験例３） 用紙移動量測定
図３に示すように、給紙搬送用ロール１０に相対向して外径２０ｍｍのフリーロール１１を配置し、両者の間で試験用紙１２を搬送するようにしてある。給紙搬送用ロール１０は、図示しないクラッチを介してエンコーダ付きのモータ１３に接続されており、モータ１３により回転駆動されるようになっている。一方、試験用紙１２に相対向してレーザフィードモニタ１４が配置され、このレーザフィードモニタ１４には、コントロールボックス１５を介してＦＦＴアナライザー１６及びパソコン１７が接続されており、給紙搬送用ロール１０の回転駆動に対応する試験用紙１２の移動量が測定できるようになっている。なお、コントロールボックス１５は、モータ１３の回転速度も制御する。また、フリーロール１１へは所定の荷重を負荷して給紙搬送用ロール１０への圧接力を制御できるようになっている。
図３に示すように、給紙搬送用ロール１０に相対向して外径２０ｍｍのフリーロール１１を配置し、両者の間で試験用紙１２を搬送するようにしてある。給紙搬送用ロール１０は、図示しないクラッチを介してエンコーダ付きのモータ１３に接続されており、モータ１３により回転駆動されるようになっている。一方、試験用紙１２に相対向してレーザフィードモニタ１４が配置され、このレーザフィードモニタ１４には、コントロールボックス１５を介してＦＦＴアナライザー１６及びパソコン１７が接続されており、給紙搬送用ロール１０の回転駆動に対応する試験用紙１２の移動量が測定できるようになっている。なお、コントロールボックス１５は、モータ１３の回転速度も制御する。また、フリーロール１１へは所定の荷重を負荷して給紙搬送用ロール１０への圧接力を制御できるようになっている。
このような試験装置において、試験用紙１２として、普通紙（６４ｇ／ｍ２）を用い、給紙搬送用ロール１０のフリーロール１１への圧接力を１００ｇｆとし、給紙搬送用ロール１０を１００ｒｐｍで回転駆動したときの試験用紙１２の移動量を測定し、これを用紙移動量の実測値Ｄｍ（ｍｍ）とした。また、ロール外径２４（ｍｍ）×π（３．１４）を用紙移動量理論値Ｄｔ（ｍｍ）とした。そして、両者の比率Ｆｒ（Ｄｍ／Ｄｔ）を求めた。この結果を表１及び図４に示す。
（試験例４）
図５に示す装置を用いて実施例１及び比較例１〜６の給紙搬送用ロールについて摩擦係数測定時における出力波形を得た。すなわち、図５に示すように、固定したサンプルロール２１に対向して回転自在に保持したフリーロール２２を所定の荷重２００ｇｆで圧着し、その間に配置した測定用紙２３をロードセル２４を介して２０ｍｍ／ｓｅｃで移動したときのロードセル２４の出力をアンプ２５を介して接続した検出器２６で測定した。このときの最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎとの比であるＭａｘ／Ｍｉｎ＝ΔＦを測定した。なお、測定環境は２３℃で５５％ＲＨとした。この結果を表１に示す。
図５に示す装置を用いて実施例１及び比較例１〜６の給紙搬送用ロールについて摩擦係数測定時における出力波形を得た。すなわち、図５に示すように、固定したサンプルロール２１に対向して回転自在に保持したフリーロール２２を所定の荷重２００ｇｆで圧着し、その間に配置した測定用紙２３をロードセル２４を介して２０ｍｍ／ｓｅｃで移動したときのロードセル２４の出力をアンプ２５を介して接続した検出器２６で測定した。このときの最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎとの比であるＭａｘ／Ｍｉｎ＝ΔＦを測定した。なお、測定環境は２３℃で５５％ＲＨとした。この結果を表１に示す。
以上の結果、本発明の給紙搬送用ロールは、低硬度でブリードがなく、且つ耐磨耗性に優れ、ＥＰＤＭやミラブルウレタンの比較例４，５と比較して外径変化率が０．３４％と極めて小さく、また、用紙移動量の実測値の理論値に対する比率も０．８４と極めて大きかった。
これに対し、長鎖ポリオールとしてＰＴＭＧを用いた比較例１では磨耗性が大きいため、外径変化率が大きかった。また、可塑剤を用いない比較例２及び低分子量のトリオールを用いた比較例３では、硬度が５２°、５４°と大きく、用紙移動量の実測値も小さかった。さらに、可塑剤としてＤＯＰを用いた比較例６ではブリードが観察され、用紙移動量の実測値も小さかった。
また、本発明の給紙搬送用ロールは、ΔＦが１．０８と、同等の硬度を有する比較例１のロールの１．２２と比較して小さく、給紙搬送時に異音発生の虞のないものであることがわかった。
１，１０ 給紙搬送用ロール
２，１１ フリーロール
３ ロール紙
１２ 試験用紙
１３ モータ
１４ レーザフィードモニタ
１５ コントロールボックス
１６ ＦＦＴアナライザー
１７ パソコン
２，１１ フリーロール
３ ロール紙
１２ 試験用紙
１３ モータ
１４ レーザフィードモニタ
１５ コントロールボックス
１６ ＦＦＴアナライザー
１７ パソコン
Claims (7)
- 数平均分子量１０００〜３０００のポリエステルポリオールとポリイソシアネートとを反応させて得られる注型ポリウレタンからなる弾性層を有する給紙搬送用ロールであって、前記ポリエステルポリオール及びポリイソシアネートと共に可塑剤としてアジピン酸エステル誘導体と、鎖延長剤として分子量７０〜１２０の短鎖ジオール、及び架橋剤として数平均分子量３０００〜５０００のトリオールとを含有してなることを特徴とする給紙搬送用ロール。
- 請求項１において、前記ポリエステルポリオールが、ノナンジオール及びメチルオクタンジオールから選択される少なくとも一種と、二塩基酸との縮合反応により得られたジオールであることを特徴とする給紙搬送用ロール。
- 請求項１又は２おいて、前記アジピン酸エステル誘導体は、分子中にエーテル構造を有することを特徴とする給紙搬送用ロール。
- 請求項１〜３の何れかにおいて、前記アジピン酸エステル誘導体は、前記ポリエステルポリオール１００重量部に対して、５〜４０重量部配合されていることを特徴とする給紙搬送用ロール。
- 請求項１〜４の何れかにおいて、前記トリオールは、分子中にエーテル構造を有することを特徴とする給紙搬送用ロール。
- 請求項１〜５の何れかにおいて、前記弾性層のゴム硬度Ｈｓ（ＪＩＳ Ａタイプ）は、２０〜５０°であることを特徴とする給紙搬送用ロール。
- 請求項１〜６の何れかにおいて、摩擦係数測定時における出力波形の最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎとの比であるＭａｘ／Ｍｉｎが、１．００〜１．２０の範囲にあることを特徴とする給紙搬送用ロール。
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